(57)【要約】【解決課題】回折格子を用いたシアリング干渉計により投影光学系の波面収差を測定する場合、非点収差の測定値には再現性が乏しく、正確な値が得られないと言う問題があった。【解決手段】  回折格子により収束する被検波面を第１の方向に横ずらしをして元の波面との位相差分布を求め、次に第１の方向とは４５度の角度をなす方向に被検波面を横ずらしして元の波面との位相差分布を求める。この２つの測定結果をそれぞれ解析することにより、被検面の有する非点収差成分が求められる。  この操作を容易にするために、互いに４５度だけ格子パターンが傾いた回折格子を一枚の基板に配置し、機械的に回折格子を切り替えられるように切り替え手段が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の結像特性を評価するシアリング干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
格子パターンの方向が互いに４５度傾いた２つの回折格子を切り替えて使用するようになされていることを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項２】
請求項１記載の干渉計であって、
前記２つの回折格子が、その格子パターンが４５度傾けられて配置された格子板と、
該格子板を干渉計内で直線移動させて位置を変化させる切り替え機構と
を有することを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項３】
投影光学系の結像特性を評価するシアリング干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
前記回折格子を、干渉計の光軸の周りに４５度回転可能に保持する回転機構を有することを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたシアリング干渉計であって、
干渉させる２つの回折波を選択するための次数選択窓を有し、
２つの回折波を通過させる窓の並び方向又は窓の広がり方向が互いに４５度傾いている次数選択窓を切り替えて使用するようになされていることを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項５】
請求項４記載の干渉計であって、２つの次数選択窓の並び方向、又は次数選択窓の広がり方向が互いに４５度傾いている２組の次数選択窓が配置された窓保持板と、
該窓保持板を干渉計内で窓を切り替えるために直線的に移動させる窓移動装置とを有することを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたシアリング干渉計であって、
干渉させる２つの回折波を選択するための次数選択窓と、
該窓を干渉計の光軸の周りに４５度回転させる、窓回転手段と、を有することを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載されたシアリング干渉計であって、
前記回折格子を、少なくとも格子パターンに垂直な方向に、移動させる走査手段を有することを特徴とするシアリング干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシアリング型を利用した、高精度干渉計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の代表である縮小投影露光装置に用いられる高精度投影光学系においては、そのパターン精度を保証する為、投影光学系全体や個々の部品の透過波面収差或いは反射波面収差を、実際の露光波長において計測する必要がある。この目的の為、露光波長と同じか、或いは露光波長とほぼ等しい波長を持つ可干渉性の高い光を用いた種々の干渉計が考案されて来た。ところが、半導体の高集積化に対応する為に、露光装置の露光波長が、高圧水銀ランプを用いたg線(436nm)からi線(365nm)へ、更にはKrFエキシマレーザ(248nm)からArFエキシマレーザ(193nm)へと短波長化した結果、露光波長付近の発振波長を持つ可干渉性の高い光源を手に入れることは困難となって来た。この問題は特にEUV光(13nm)において顕著である。その為、可干渉性の比較的低い光源でも高精度な干渉計測が行え、且つ構成が単純なシアリング(shearing)型干渉計を用いた方法が提案されている。
シアリング干渉計では、振幅分割素子を用いてひとつの波面を分割し、同じ波面形状を有するが、光軸に垂直な方向にずれた２つの光束を作り、この２つの光束を干渉させて出来る縞情報から、もとの光束の波面形状を求めるものである。
【０００３】
図５は、シア方向が横方向（光軸に垂直方向）であるシアリング干渉計を説明するものである。このシアリング干渉計では、投影光学系ＰＬの物体面（例えばレチクル面Ｒ）の一点から出る球面波（測定光束Ｌ）を、投影光学系ＰＬに入射させる。この測定光束Ｌは、例えば、レチクル面Ｒにピンホール基板１１３を配置すると共に、光源から射出した光束を、ピンホール基板１１３のピンホール位置に集光させるなどして生成されたものである（図６の符号１１４は、光源から射出した光束をピンホール位置に集光する集光光学系（伝達光学系ともいう）である。）。
【０００４】
投影光学系ＰＬと像面（例えばウエハ面Ｗ）との間に回折格子１１１が配置されており、これによって集光する測定光束Ｌの波面が横方向に分割された２つの光束Ｌ１、Ｌ２が生成する（光束Ｌ１、及び光束Ｌ２は、例えば、回折格子１１１において生起する０次回折光、及び１次回折光である。）。この光束Ｌ１の波面、光束Ｌ２の波面の形状は、何れも、投影光学系ＰＬを通過した後の測定光束Ｌの波面形状と同じであり、シアリング干渉計が測定すべき波面である。
【０００５】
これら光束Ｌ１の波面と光束Ｌ２の波面とが重なって干渉縞を生起する位置に、受光素子カメラ１１２などの二次元検出器の撮像面が配置される。この受光素子カメラ１１２が検出する干渉縞から、投影光学系ＰＬから出た光束の波面が復元される。
【０００６】
一般的に、投影光学系ＰＬを通った光束の波面は、投影光学系ＰＬの射出瞳位置における形状として評価されることが多いので、受光素子カメラ１１２の撮像面は、投影光学系ＰＬの射出瞳位置と共役な位置に配置されるのが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の様な干渉計計測においては、面形状の有する非点収差の測定を高精度に行う時、測定値にばらつきが多く、信頼できる値が得られないと言う問題点があった。
本発明はこの様な従来の問題に鑑みてなされたもので、回折格子を用いたシアリング干渉計によって高精度に非点収差を測定する、新規な装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は非点収差を有する波面をシアリング干渉計により計測する時の位相差分布における、非点収差の分布特性を利用している。具体的に発明の基礎となる考えを以下に記す。
【０００９】
観察面にＸＹ座標系をとる。非点収差は波面形状として、
A1*(Ｘ2 - Ｙ2) + 2*A2*ＸＹ      (0)
という成分で表示される。  回折格子に入射する被検波面（等位相面）をＷ（Ｘ,Ｙ）＝Ｃとすると、回折格子による振幅分割を受けてＸ方向にズレた波面はＷ(Ｘ-s,Ｙ)＝Ｃとなる。ここに、sは観察面上でのＸ方向への波面のズレ量である。  観察面での２つの波面の位相差は、φ(Ｘ,Ｙ) = Ｗ(Ｘ,Ｙ) - Ｗ(Ｘ-s,Ｙ)となる。ズレ量が小さいとすると、φ= (δＷ/δＸ)*sとなり、非点収差の波面形状を代入すると、非点収差に起因する位相差分布が求まり、
φ= 2*A1*Ｘ*s + 2*A2*Ｙ*s                    （１）
となる。
【００１０】
この式に基づき、測定結果を最小自乗法等の最適化法により（１）の平面にフィッティングさせると、A1及びA2が定まり、被検投影光学系の持つ非点収差が量的に求められる。しかしながら、実際には、回折格子と入射光束の集光点との距離の測定が困難であり、この距離の誤差が回折波の収束点のＸ方向の位置誤差になり、この誤差が上の(1)式にＸに比例する形で位相差となって生じる。即ち、回折格子と入射光束の集光点の位置誤差を含めると位相差分布は、
φ= 2*A1*Ｘ*s + 2*A2*Ｙ + kＸ    （ｋは比例常数）                (2)
となる。 従って、測定結果を（２）式の平面にフィッティングさせると、A2が求まることになるが、A1は求まらないことになる。本願発明者は、非点収差が正しく測定出来ない原因がこの付加項kXに有ることを見いだした。
【００１１】
そこで、本願発明者は鋭意検討の結果、回折格子を４５度回転させて同様な測定・解析を行えばｋＸの項に影響されることなく非点収差（即ち、上式(0)中のA1、A2）を求められることに到達し、本願発明をなすに至った。
【００１２】
非点収差を表す式は、４５度回転したＸ'、Ｙ’座標系では, Ｘ = (Ｘ’+Ｙ’)/√2  Ｙ=(Ｘ’-Ｙ’)/ √2より
A1*(Ｘ2 - Ｙ2) + 2*A2*ＸＹ = 2*A1*Ｘ'* Ｙ’+ A2*（(Ｘ’)2−（Ｙ’）2） となる。
この座標系で回折格子によりＸ’軸方向にズレた波面と元の波面との位相差分布は、回折格子の位置誤差に起因する項を含めて、
φ= 2*A1*Ｙ’*s + 2*A2*Ｘ’*s + k’Ｘ’    （ｋ’は比例常数）                （３）
となる。
【００１３】
この式の意味するところは、Ｘ’方向に光束を横ズレさせて位相差分布を測定し、測定結果を（３）式の平面に最小自乗法等でフィティングすると、A1が求められることになる。
【００１４】
即ち、波面をＸ方向に横ずらしをして(2)式よりA2を求め、波面をＸ’方向に横ずらしをして(3)式よりA1を求めれば、非点収差が誤差無く求められることになる。
尚、本発明では波面の横ずらしの方向が４５度異なる方向での２つの計測より非点収差を求めているが、４５度方向に限ったものでは無くてもよい。  非点収差の面形状を任意の角度だけ回転させた座標系で表現すると、一般的にはA1(b1*Ｘ'2 + b2*Ｘ'Ｙ'+ b3*Ｙ'2) + A2(c1*Ｘ'2 + c2*Ｘ'Ｙ' + c3*Ｙ'2)となる。
従って、Ｘ'方向に横ずらしされた波面と元の波面との位相差分布より、４５度方向の横ずらしの場合と同様にして計算すると、b2*A1+c2*A2の値が求められる。b2とc2は座標系の変換常数であるので既知である。従って、先に(2)式より求めたA2とb2*A1+c2*A2の値より、A1、A2が正確に求められる。
【００１５】
本発明は、上記の基本的な考えを基礎に、先の課題を解決する為に以下に記す手段を用いている。
本発明の第１の手段は、
投影光学系の結像（波面収差）特性を評価するシアリング干渉計、又は点回折干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
格子パターンの方向が互いに４５度傾いた２つの回折格子を切り替えて使用するようになされているシアリング干渉計である。
【００１６】
上述のように、測定すべき波面を第１の方向に振幅分割して互いに干渉させて出来る干渉縞の解析と、第１の方向とは４５度の角度をなす方向に被測定波面を振幅分割して互いに干渉させて出来た干渉縞の解析により容易に正確な被検投影光学系の非点収差が求められる。
本発明の第２の手段は、
第１の手段を実施する際に、
前記２つの回折格子が、その格子パターンが４５度傾けられて配置された格子板と、
該格子板を干渉計内で直線移動させて位置を変化させる切り替え機構と
を有することシアリング干渉計である。
【００１７】
このように２つの回折格子を、その格子パターンを互いに４５度傾けて格子板に配置し、これらを移動させる切り替え機構を有するようにしているので、２つの回折格子の切り替えが容易になる。
【００１８】
本発明の第３の手段は、
投影光学系の結像（波面収差）特性を評価するシアリング干渉計、又は点回折干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
前記回折格子を、干渉計の光軸の周りに４５度回転可能に保持する回転機構を有するシアリング干渉計である。
【００１９】
後述するように、測定すべき波面を第１の方向に振幅分割して互いに干渉させて出来る干渉縞の解析と、第１の方向とは４５度の角度をなす方向に被測定波面を振幅分割して互いに干渉させて出来た干渉縞の解析により容易に正確な被検投影光学系の非点収差が求められる。
【００２０】
また、ひとつの干渉計を４５度回転して２度目の測定を行うので部材点数が低減され、全体価格を低く出来る。
本発明の第４の手段は、
前記第１乃至３のいずれかの手段を実施する際に、
干渉させる２つの回折波を選択するための次数選択窓を有し、
２つの回折波を通過させる窓の並び方向又は窓の広がり方向が互いに４５度傾いている次数選択窓を切り替えて使用するようになされているシアリング干渉計。
【００２１】
本発明の第５の発明は、
前記第４の手段を実施する際に、
２つの次数選択窓の並び方向、又は次数選択窓の広がり方向が互いに４５度傾いている２組の次数選択窓が配置された窓保持板と、
該窓保持板を干渉計内で窓を切り替えるために直線的に移動させる窓移動装置とを有するシアリング干渉計である。
本発明の第６の手段は、
前記第１乃至３のいずれかの手段を実施する際に、
干渉させる２つの回折波を選択するための次数選択窓と、
該窓を干渉計の光軸の周りに４５度回転させる、窓回転手段と、を有するシアリング干渉計である。  これら、第４から第６の手段は、２つの回折格子の格子パターンが互いに４５度をなすことにより、回折波のズレの方向も４５度だけ異なってくる事に対応する手段で有り、いずれも有効な手段である。
【００２２】
尚、次数選択に対しては、単独次数を選択するために２つの窓を設けたものと、隣り合う次数を選択するためにひとつの窓を設けたものがある。  上記「窓の並び方向」とは、２つの窓を設ける型の場合の窓の並び方向（窓を結ぶ線分方向）であり、「窓の広がり方向」とはひとつの窓に入る２つの回折波の収束点を結ぶ線分方向である。
【００２３】
本発明の第７の手段は、
前記第１乃至第６のいずれかの手段を実施する際に、
前記回折格子を、格子パターンに垂直な方向に移動させる走査手段を有するシアリング干渉計である。  この回折格子走査手段により干渉縞の解析方法として縞走査法を採用することが出来、干渉波面の位相差分布を正確に、容易に求めることが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に示した様な、格子パターンが互いに４５度の方向をなす２つ回折格子を切り替えて使用できる干渉計を用いることによって、被検投影光学系の非点収差が容易に、且つ精度良く求められることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下は、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図４は本発明に関わるシアリング干渉計の全体概略図である。
光源１より射出した光束は伝達光学系２によって被検投影光学系の物点位置を特定する為のピンホール３へ入射する。（この物点位置を特定するピンホールは測定光学系の構成によって必要ないものもある。）ピンホール３を透過した光束は計測対象である被検投影光学系４を経由した後、回折格子２３（２３ａ又は２３ｂ）によって複数の回折次数の光束に分割される。分割された光束は計測に用いられる２種類の次数の光束のみ透過する次数選択窓（窓保持板３１に設けられている）によって次数選択された後、受光素子７上に干渉縞を生成する。  本例では＋１次(Ｄ(+1))、−１次(Ｄ(-))の回折光を透過させ、０次回折光波吸収するような次数選択窓を用いている。
【００２７】
干渉縞情報は受光素子７により光電変換され、解析手段（不図示）へ転送される。
本装置の回折格子は図１に示すような構成を有している。回折格子２３ａ及び２３ｂは回折格子保持部材２２ａ及び２２ｂに保持され、保持部材は同一の格子板２１に取り付けられている。この時、図に示すように、二つの回折格子の格子パターン（細い開口スリット群）は互いに４５度だけ傾いて配置されている。そして、この二つの回折格子を干渉計内で切り替えるために図４に示す切り替え機構２５が設けられている。この機構により、４５度だけ格子の方向が異なる二つの回折格子の切り替えが容易に行える。(請求項１，２に対する実施例である)
【００２８】
また、回折格子保持部材は格子板上で格子パターンに少なくとも垂直な方向（図１中の回折格子の脇に記された矢印の方向）に移動可能に取り付けられており、走査手段２４（２４ａ及び２４ｂ）により縞走査が容易になされるようになっている。駆動法としては、例えば電歪素子を用いる方法である。（請求項７に対する実施例である。）この操作手段は、少なくとも格子パターンに垂直な移動を可能にするものであれば良く、例えば、効率の面を無視すれば格子パターンに垂直ではなく、垂直な方向にも移動する、格子パターンに対して４５度方向に移動させても良い。  一方、回折光が収束する面には図３に示すような窓保持板３１が配置され、さらにこれを移動させて窓３２を切り替える窓移動装置２８が設けられている。この窓の切り替えは、回折格子の切り替えに伴って生じる回折光の収束点の変化に対応するためである。（請求項４，５の実施例である。）
次数窓の切り替えに関しては、測定光学系の光軸を中心にして次数窓を４５度回転する手段を用いることも可能である。この場合、窓部材の構成が簡単になる。（請求項６に対する実施例である。）
【実施例２】
【００２９】
図２には、回折格子の切り替え手段の他の手段を示すものである。回折格子はひとつであるが、図４中の回折格子切り替え機構の代わりに、回折格子を４５回転させる回転機構を設ける。図２中、回折格子４３は回折格子保持板４２によって保持され、保持板４２は移動可能なように格子板に取り付けられている。（請求項３に対応する実施例である。）図１中の走査手段と同様の走査手段４４が取り付けられていて、縞走査が可能になされている。
これにより容易に回折波のズレ方向が４５だけ異なる波面が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】は本発明の実施例に使用される回折格子の格子板の例である。
【図２】は本発明の実施例に使用される回折格子の格子板の例である。
【図３】は本発明の実施例に使用される、（回折波の）次数選択窓の例である。
【図４】は本発明のシアリング干渉計で、格子板、切り替え機構、窓保持板、窓移動装置を有する干渉計の全体図を示すものである。
【図５】は従来のシアリング干渉計の一例を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１：光源
２：伝達レンズ
３：ピンホール
４：被検レンズ
７：受光素子
２１、４１：格子板
２２、４２：回折格子保持部材
２３、４３：回折格子
２４、４４：走査機構
２５：切り替え手段
２８：窓移動装置
３１：窓保持板
３２：次数選択窓
【図１】
2005135935.tif 000003
【図２】
2005135935.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005135935.tif 000006
【図５】
2005135935.tif 000007